单源单能量CT双能量成像法检测泌尿系结石成分可行性分析

段晓培 吴 非

单源单能量CT双能量成像法检测泌尿系结石成分可行性分析

段晓培 吴 非

目的 研究单源单能量CT双能量成像法检测体外泌尿系结石成分的可行性。方法 使用单源单能量64排CT分别采集36例尿路结石样本在80KVp及140KVp图像，并分别测量结石样本CT值，根据公式计算出DEI（dual energy index,DEI）。结果 纯尿酸结石DEI=（0.01230±0.00412），混合尿酸结石DEI=（0.03613±0.01255），含钙结石DEI=（0.09901±0.01553），鸟粪石DEI=（0.06176±0.00650），胱氨酸结石DEI=（0.05825±0.00774）。纯尿酸结石和非纯尿酸结石之间DEI值有统计学差异（P＜0.05）；纯尿酸、混合尿酸、含钙结石之间DEI均有统计学差异（P＜0.05）；鸟粪石、胱氨酸结石之间和它们与混合尿酸、含钙结石之间DEI没有统计学差异。结论 单源单能量CT双能量成像法是一种方便、快捷的方法，可在没有双源双能量CT及能谱CT的情况下明确泌尿系结石的成分，对临床上进一步的诊断及治疗方案的选择是非常有价值的。

单源单能量CT；双能量成像法；泌尿系结石；成分

泌尿系结石是引起急腹症的常见原因，去除结石是缓解疼痛最有效的方法，但是不同的结石成分处理方法不尽相同。患有尿酸结石的患者能得到较好的内科治疗[1]。其他类型结石如胱氨酸和某些钙结石行体外超声波碎石术效果较差[2]。因此，了解泌尿系结石的成分对病情的进一步诊断、选择治疗方法及减少治疗后的机体损伤是有重要意义的。随着双能量双源CT的引进，使用双能量试验表明，在体外使用CT决定部分的尿结石的化学组成是可行的[3-9]，但由于双能量双源CT或能谱CT价格原因及国家对大型医疗设备的配置限制[10]，普及率远远低于单源单能量CT，所以单源单能量CT双能量成像法检测泌尿系结石成分有着明显的便利性与普遍性。现将使用单源单能量CT双能量成像法检测泌尿系结石成分的可行性报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 自2013年1月～2014年3月，收集大连大学附属中山医院结石门诊尿路结石患者经体外超声波碎石术后排出的结石样本36例，洗净晾干置于玻璃试管中储存。结石样本多呈欠规整类圆形，直径大小3～8mm。

1.1.1 CT设备 使用西门子64排螺旋CT（Definition AS，Siemens Medical Solutions，Forchheim，Germany)扫描 结石标本放置于试管内，试管内加满蒸馏水，后将试管固定于20cm×20cm×20cm水槽中央，使结石周围均匀分布约10cm厚蒸馏水，以尽可能模拟结石在体内环境。

1.1.2 扫描方法 分别使用80KVp及140KVp管电压，准直器0.6mm，连续扫描，螺距1.5，所有扫描使用在线剂量调控系统（Care Dose 4D）自动调节管电流；图像重建层厚0.75mm，重建卷积算法为Kernel B20 Smooth。扫描完成获得2组图像数据即80KVp及140KVp图像。

1.2 CT图像分析与成分分析 图像扫描后传入西门子后处理工作站(Syngo MultiModality Workplace，Version V40A，Siemens Medical Solution)，使用骨窗观察图像，测量80KVp及140KVp两个序列图像结石中心CT值（Hu），每个结石样本测量3次取平均值，后计算DEI(dual energy index, DEI)[11]，DEI计算公式为DEI=。结石标本采用傅氏转换红外线光谱分析法（fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）分析，使用全自动电脑分析仪(LIIR-20，蓝莫德公司，中国天津)。扫描完成后，将结石用蒸馏水洗净，风干。取结石样本约1mg，与200～300mg烘干的溴化钾粉末均匀混合，在玛瑙研钵内研磨，直至μm级的细粉，送入压片机，压制成半透明压片，快速放入红外光谱槽中扫描。通过软件自动控制，采集样本光谱数据，然后通过傅立叶变换公式得出透过率，描绘出红外光谱图。计算机自动匹配结石数据库，并与计算后的数据进行对比分析，打印分析报告。对于混合成分结石，依据各种成分吸收峰的强度确定主要成分和次要成分。主要成分大于90%时认为结石为单一成分结石。

1.3 统计学方法 采用SPSS19.0统计学软件对数据进行统计分析。以红外光谱检测结果为标准对结石分组，使用SNK（Student-Newman-Keuls）法进行组间的比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。使用秩和检验确定含尿酸和不含尿酸结石的DEI差异，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 傅氏转换红外线光谱分析结果 本次收集结石样本36例，成分分为5种：纯尿酸结石5例、混合尿酸结石（尿酸含量90%、尿酸含量80%）6例、含钙结石（一水草酸钙结石、二水草酸钙结石、磷酸钙结石、磷酸氢钙结石）20例、鸟粪石3例、胱氨酸结石2例。见表1。

表1 傅氏转换红外线光谱分析结果[n(%)]

2.2 CT值及DEI计算结果 每组结石样本CT值（Hu）测量后以均数±标准差方式表示，各组总体均数经方差分析后，差异不具有统计学意义。见表2。

表2 每组结石样本CT值(x±s)

通过公式计算出每例结石样本DEI：纯尿酸结石DEI=（0.01230±0.00412），混合尿酸结石DEI=（0.03613±0.01255），含钙结石 DEI=（0.09901±0.01553），鸟粪石 DEI=（0.06176±0.00650），胱氨酸结石DEI=（0.05825±0.00774）。各组均数使用方差分析，均数不全相等（P＜0.05），进一步使用SNK法进行组间两两比较，纯尿酸结石、混合尿酸结石、含钙结石组之间DEI差异有统计学意义，纯尿酸与其它各组结石DEI差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表3 每组结石样本间DEI值的比较(x±s)

3 讨论

目前，无论双源双能量CT还是能谱CT都是基于同一物质的CT值与不同球管电压呈一个特定曲线关系的原理来区分不同成分结石的。有文献表明采用双源双能量CT及能谱CT进行泌尿系结石分析准确率较高[5-9]，能谱CT对于区分结石种类较双源双能量CT更具优势，这得益于能谱CT探测器的高敏感性与准确性[12-13]。而采用单源单能量CT双能量成像法进行泌尿系结石成分分析的报道比较罕见，本研究结果显示，采用单源单能量CT双能量成像法进行泌尿系结石成分分析尿酸结石、混合尿酸结石与含钙结石之间DEI值差异具有统计学意义，尿酸结石与非尿酸结石DEI值差异具有统计学意义，这与Matlaga等用双源双能CT测量结果一致，能准确区分含钙结石和非含钙结石、尿酸结石与非尿酸结石。可以达到双源双能量CT的检验标准。而鸟粪石与胱氨酸结石由于DEI值与其它成分重叠，所以无法准确区分，但随着CT设备的发展，更高敏感性探测器的应用，更精准的CT值必定会将各类结石的DEI值重叠减小，最终达到能谱CT的区分水平。泌尿系结石可在没有双源双能量CT及能谱CT的条件下进行成分分析，并可为患者进一步诊断病因及选择治疗方案提供依据。

本研究不足之处：（1）由于本次研究所用结石样本为体外超声波碎石术后排出体外取得，以致部分结石样本体积较小，测量得出的CT值不能完全排除部分容积效应的影响。（2）本次试验为体外样本试验，虽然尽量模拟体内环境，但毕竟无法等同与体内环境的复杂性，得出的结果需要进一步经体内研究的证实。（3）如进行体内研究，双能量成像法扫描必定会增加患者辐射剂量，如何能在尽量减少辐射计量的情况下完成扫描需要检查技师的配合。

总之，CT作为一种无创性检查技术，通过单源单能量CT双能量成像法分析泌尿系结石成分，能够为临床诊断及临床治疗方案的选择提供有力依据。

[1] Boulay I,Holtz P,Foley WD,et al.Ureteral calculi：diagnostic efficacy of helical CT and implications for treatment of patients[J].AJR Am J Roentgenol,1999(172)：1485-1490.

[2] Coe FL,Evan A,Worcester E.Kidney stone disease[J].J Clin Invest,2005(115)：2598-2608.

[3] 周长圣,郑玲,张龙江,等.双源CT尿路造影中双能量虚拟平扫检查尿路结石[J].中国医学影像技术,2009,25(5)：853-855.

[4] 张宗军,卢光明.双源CT及其临床应用[J].医学研究生学报,2007, 20(4)：416-418.

[5] Williams JC,Saw KC,Paterson RF,et al.Variability of renal stone fragility in shock wave lithotripsy[J].Urology,2003,61(6)：1092-1096.

[6] Ngo TC,Assimos DG.Uric Acid nephrolithiasis：recent progress and future directions[J].Rev Urol,2007,9(1)：17-27.

[7] Liebman SE,Taylor JG,Bushinsky DA.Uric acid nephrolithiasis[J].Curr Rheumatol Rep,2007(9)：251-257.

[8] Motley G,Dalrymple N,Keesling C,et al.Hounsfield unit density in the determination of urinary stone composition[J]. Urology,2001(58)：170-173.

[9] Graser A,Johnson T,Bader M,et al.Dual energy CT characterization of urinary calculi：initial in vitro and clinical experience[J].Invest Radiol,2008(43)：112-119.

[10] 赵广宇,李捷玮,刘吉祥.我国大型医用设备配置现状及利用评价方法简介[J].医疗卫生装备,2013,24(12)：41-43.

[11] Graser A,Johnson T,Bader M,et al.Dual energy CT characterization of urinary calculi：initial in vitro and clinical experience[J].Invest Radiol,2008,43(2)：112-119.

[12] Li XH,Zhao R,Liu B,et al.Determination of urinary stone composition using dual-energy spectral CT：Initial in vitro analysis[J].Clin Radiol,2013,68(7)：e370-e377.

[13] 吴礼明,刘斌,李小虎,等.能谱CT扫描钙基图及水基图区分泌尿系结石成分的初步实验研究[J].实用放射学杂志,2012,28(8)：1280-1282.

Objective To study the feasibility of single-source single-energy CT dual energy imagine for stone composition in vitro. Methods Using single-source single-energy 64 CT, imagines of 36 stones were collected by 80KVP and 140 KVP respectively, and CT values were measured. Then DEI values were calculated according to the certain formula. Results The DEI values were (0.01230±0.00412) (UA), (0.03613±0.01255) (mixed UA), (0.09901±0.01553) (calcified stones), (0.06176±0.00650) (struvite stones), (0.05825±0.00774) (cysteine stones). The DEI values between UA-containing and no UA-containing were statistically significant (P＜0.05), the DEI values were statistically significant among UA, mixed UA and calcified stones (P＜0.05); there were no statistically significant among struvite , cysteine , mixed UA and calcified stones. Conclusion Single-source single-energy CT dual-energy imaging method for stone composition is convenient, rapid and non-invasive . It can provide valuable information for clinical diagnosis and treatment design.

Single-source single-energy CT; Dual-energy imaging; Urinary calculus; Composition

10.3969/j.issn.1009-4393.2015.10.106

贵州 563000 遵义医学院 （段晓培） 辽宁 116001 大连大学附属中山医院（吴非）

吴非 E-mail：wufei0348@126.com